一种城市轨道交通乘客出行链推断方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种城市轨道交通乘客出行链推断方法及系统，其方法主要包括：加载城市轨道交通系统站点和线路基础信息、自动售检票系统交易信息和列车运营时刻表信息；构建城市轨道交通系统网络时空拓扑模型，采用广度优先算法搜寻网络OD对间的最短路；将乘客AFC交易数据与列车运行时刻表数据用于乘客出行方案搜寻算法，判断乘客出行子链中登上的列车；对乘客出行链中的上下车时空位置进行定位，得到乘客完整出行链。本发明专利技术能够为城市轨道交通的线网仿真、时刻表优化、客流运营特性分析、列车载客量估计和票务清分提供依据。载客量估计和票务清分提供依据。载客量估计和票务清分提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种城市轨道交通乘客出行链推断方法及系统


[0001]本专利技术属于城市轨道交通线网客流仿真领域，特别涉及一种城市轨道交通乘客出行链推断方法及系统。

技术介绍

[0002]城市轨道交通系统在公共交通中扮演着重要角色，高准点率和大容量的特点使其成为城市居民首选的公共交通出行方式，是大城市解决城市拥堵的有效手段。近年来，许多大城市的城市轨道交通系统已经成网运营，乘客在网络中的出行选择更加多元和复杂。城市轨道交通系统AFC交易数据只包含了乘客的出行起讫点站点和进出站时间信息，无法捕捉乘客在网络中的具体路径选择行为。为了确定乘客在网络中的出行选择，需要推断乘客在出行过程中所乘坐的列车，从而得到乘客在不同站台的上下车时间，以补全乘客的完整出行链。
[0003]关于城市轨道交通系统中乘客出行链的推断，国内外现有技术中利用概率模型推断乘客在网络中的路径选择，大多利用对概率分布参数估计的方法确定乘客的出行选择行为，但这些模型都是对乘客的出行特征假设服从某些特定的分布而完成推导；而利用含有位置信息的数据，由于数据样本的限制无法获取全部乘客的出行轨迹。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：提出一种城市轨道交通乘客出行链推断方法，更准确推断城市轨道交通乘客的出行轨迹。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种城市轨道交通乘客出行链推断方法，包括步骤：
[0007]S1、获取并分析处理输入数据，包括：城市轨道交通网络站点和线路基础数据、自动售检票AFC系统记录的乘客进出站交易数据以及列车运营时刻表数据，将输入数据经过数据清洗，得到模型要求的数据格式；
[0008]S2、构建城市轨道网络时空拓扑模型，采用带约束的广度优先算法搜寻路网最短路径集；
[0009]S3、构建城市轨道交通网络乘客出行链：计算乘客每个出行子链的出行时间区间与对应路段列车运行时间的相似度，检索出乘客出行子链上时间相似度最高的列车作为乘客登上的列车，定义乘客在城市轨道交通网络中出行上下车的时空位置，重构乘客完整的出行链。
[0010]具体的，步骤S1中，输入数据包括：
[0011]S1.1、城市轨道交通网络站点数据，包括：站点编号、站点经度、站点纬度和其所属线路四个属性值，表示为：
[0012]VS＝{[v1，Lon1，Lat1，l1]，...，[v
i
，Lon
i
，Lat
i
，l
j
]}
[0013]其中，v
i
表示站点编号，Lon
i
表示站点经度，Lat
i
表示站点纬度，i＝1，2，...，n，n为
站点数量，l
j
表示路网中站点所属线路，j＝1，2，...，m，m为路网中线路总数。
[0014]构建城市轨道交通网络空间模型如下：
[0015]N＝{φ(L，V)}
[0016]其中，N表示路网，L表示线路集合，V表示站点集合；φ表示路网中线路和站点间非线性逻辑关系；
[0017]S1.2、AFC交易数据，具体为：
[0018]城市轨道交通自动售检票系统记录的交易数据包含乘客的出行起讫点及进出站时间，乘客x的一次完整出行的AFC交易数据表示为：
[0019]Trade
x
＝{ID
x
，v
o
，t.a，v
d
，t.e}
[0020]式中，ID
x
表示自动售检票系统中记录的乘客x的交易号，v
o
，v
d
分别表示乘客在城市轨道交通系统中出行的起讫站点，t.a，t.e分别表示乘客通过进站和出站闸机的时间；
[0021]S1.3、列车时刻表数据，具体为：
[0022]列车运营时刻表数据包括了线路上运营车次的到站和离站时间信息，表示为：
[0023]TD(L，TR)
[0024]式中，L为地铁网络中的线路集合，TR为地铁网络中列车集合表示为：
[0025]TR＝{tr1，tr2，...，tr
k
，...，tr
K
}，k＝1，2，...，K，
[0026]其中，K为路网中发车总数；
[0027]在网络中每条线路上会发出不同车次的运营车辆，线路l
j
上发出的列车集合表示为：
[0028][0029]其中，p为线路l
j
上的发车数量。
[0030]进一步的，步骤S2包括如下子步骤：
[0031]S2.1、根据城市轨道交通网络特征，构建城市轨道网络空间拓扑模型；
[0032]S2.2、在路网空间拓扑模型中加载城市轨道交通列车运营时时间信息，构建城市轨道交通网络时空拓扑模型；
[0033]S2.3、采用带约束的广度优先算法搜寻路网OD对间满足最大换乘次数约束的可行路径集，选出OD对间最短路径。
[0034]其中，步骤S2.1，构建城市轨道网络空间拓扑模型，方法为：
[0035]基于上述路网、站点、线路间的逻辑关系，构建路网空间有向图，表示如下：
[0036]G(V,A)
[0037]其中，V为地铁网络中的站点集合，A为地铁网络中的有向连边，即站点间列车轨行区集合；
[0038]构建G(V,A)的邻接矩阵M
c
和距离矩阵M
d
，表示为：
[0039][0040]式中，c
ij
＝1表示站点i,j之间为直接连通，反之则不直接连通，用0表示；
[0041]d
ij
表示站点i到站点j的有向连边的距离，若两个站点直接连通，相邻站点之间的连边距离为站点间的距离a
ij
，反之则为+∞；
[0042]路网中站点和线路间空间逻辑关系和路网有向图，共同构成城市轨道网络空间拓扑模型，表示如下：
[0043]O＝{φ(L,V),G(V,A)}
[0044]其中，O表示城市轨道网络空间拓扑模型，路网空间有向图G(V,A)中以v∈V表示图的节点，以a∈A表示图的连边，相邻站点间的上下行方向均设有连边，在换乘站设置有虚拟站台，以描述换乘站内的乘客换乘行为。
[0045]步骤S2.2，构建城市轨道网络列车运营时间信息模型如下：
[0046][0047]所述信息模型中包括不同线路上运行列车的到发站时间信息，从列车时刻表中提取路网时间维度信息，列车运营时刻表中列车到站和驶离的信息表示为：
[0048][0049][0050][0051][0052]式中，分别表示上下行方向的列车到站时间集合，分别表示上下行方向的列车离站时间集合，分别表示线路l
j
上第i个站点的第k列车辆的上下行列车到站时间，分别表示线路l
j
上第i个站点的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市轨道交通乘客出行链推断方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取并分析处理输入数据，包括：城市轨道交通网络站点和线路基础数据、自动售检票AFC系统记录的乘客进出站交易数据以及列车运营时刻表数据，将输入数据经过数据清洗，得到模型要求的数据格式；S2、构建城市轨道网络时空拓扑模型，采用带约束的广度优先算法搜寻路网最短路径集；S3、构建城市轨道交通网络乘客出行链：计算乘客每个出行子链的出行时间区间与对应路段列车运行时间的相似度，检索出乘客出行子链上时间相似度最高的列车作为乘客登上的列车，定义乘客在城市轨道交通网络中出行上下车的时空位置，重构乘客完整的出行链。2.如权利要求1所述的一种城市轨道交通乘客出行链推断方法，其特征在于，步骤S1中，输入数据包括：S1.1、城市轨道交通网络站点数据，包括：站点编号、站点经度、站点纬度和其所属线路四个属性值，表示为：VS＝{[v1,Lon1,Lat
1,
l1],
…
,[v
i
,Lon
i
,Lat
i
,l
j
]}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，v
i
表示站点编号，Lon
i
表示站点经度，Lat
i
表示站点纬度，i＝1,2,...,n，n为站点数量，l
j
表示路网中站点所属线路，j＝1,2,
…
,m，m为路网中线路总数。构建城市轨道交通网络空间模型如下：N＝{φ(L,V)}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，N表示路网，L表示地铁网络中的线路集合，V为地铁网络中的站点集合；φ表示路网中线路和站点间非线性逻辑关系；S1.2、AFC交易数据，城市轨道交通自动售检票系统记录的AFC交易数据包含乘客的出行起讫点及进出站时间，乘客x的一次完整出行的AFC交易数据表示为：Trade
x
＝{ID
x
,v
o
,t.a,v
d
,t.e}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，ID
x
表示自动售检票系统中记录的乘客x的交易号，v
o
,v
d
分别表示乘客在城市轨道交通系统中出行的起讫站点，t.a,t.e分别表示乘客通过进站和出站闸机的时间；S1.3、列车时刻表数据，具体为：列车运营时刻表数据包括了线路上运营车次的到站和离站时间信息，表示为：TD(L,TR)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中，TR为地铁网络中列车集合表示为：TR＝{tr1,tr2,
…
,tr
k
,
…
,tr
K
},k＝1,2,
…
,K，
ꢀꢀ
(5)其中，K为路网中发车总数，tr
k
为路网中列车；在网络中每条线路上会发出不同车次的运营车辆，线路l
j
上发出的列车集合表示为：其中，p为线路l
j
上的发车数量。3.如权利要求2所述的一种城市轨道交通乘客出行链推断方法，其特征在于，步骤S2包括如下子步骤：S2.1、根据城市轨道交通网络特征，构建城市轨道网络空间拓扑模型；
S2.2、在路网空间拓扑模型中加载城市轨道交通列车运营时时间信息，构建城市轨道交通网络时空拓扑模型；S2.3、采用带约束的广度优先算法搜寻路网OD对间满足最大换乘次数约束的可行路径集，选出OD对间最短路径。4.如权利要求3所述的一种城市轨道交通乘客出行链推断方法，其特征在于，所述步骤S2.1，构建城市轨道网络空间拓扑模型，具体方法为：构建路网空间有向图，表示如下：G(V,A)
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(7)其中，V为地铁网络中的站点集合，A为地铁网络中的有向连边，即站点间列车轨行区集合；路网中站点和线路间空间逻辑关系和路网空间有向图，共同构成城市轨道网络空间拓扑模型，表示如下：O＝{φ(L,V),G(V,A)}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)其中，O表示城市轨道网络空间拓扑模型，路网空间有向图G(V,A)中以v∈V表示图的节点，以a∈A表示图的连边，相邻站点间的上下行方向均设有连边，在换乘站设置有虚拟站台，以描述换乘站内的乘客换乘行为。5.如权利要求4所述的一种城市轨道交通乘客出行链推断方法，其特征在于，所述步骤S2.2中，构建城市轨道网络列车运营时间信息模型如下：所述信息模型中包括不同线路上运行列车的到发站时间信息，从列车时刻表中提取路网时间维度信息，列车运营时刻表中列车到站和驶离的信息表示为：网时间维度信息，列车运营时刻表中列车到站和驶离的信息表示为：网时间维度信息，列车运营时刻表中列车到站和驶离的信息表示为：网时间维度信息，列车运营时刻表中列车到站和驶离的信息表示为：式中，分别表示上下行方向的列车到站时间集合，分别表示上下行方向的列车离站时间集合，分别表示线路l
j
上第i个站点的第k列车辆的上下行列车到站时间，分别表示线路l
j
上第i个站点的第k列车辆的上下行列车离站时间，m,n,q分别为路网中线路数量，线路中站点数量，线路列车发车数量。6.如权利要求5所述的一种城市轨道交通乘客出行链推断方法，其特征在于，所述步骤S2.3，加载前述城市轨道网络列车运营时间信息模型到城市轨道网络空间拓扑模型中，构建城市轨道网络时空拓扑模型，如下：H＝{O＝{φ(L,V),G(V,A)},T(L,V,TR)}

【专利技术属性】
技术研发人员：刘家俊，张宁，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：